Tematem mojej prezentacji jest rozwój układu ruchu, czyli układów szkieletowego i mięśniowego.

SLIDE

Na samym początku chciałbym na chwilę zatrzymać się na strukturach jakimi są somity.

SLIDE

Te segmentalne jednostki powstają na drodze somitogenezy, z mezodermy przyosiowej ok. 20 dnia rozwoju. (Każde pasmo mezodermy przyosiowej jest także nazywane płytką segmentalną lub mezodermą przedsomitową.) W jej przedniej części rozpoczyna się segmentacja czyli – podział na somity. Wyróżnia się 4 pary somitów potylicznych, 8 szyjnych, 12 piersiowych, 5 lędźwiowych, 5 krzyżowych i 8-10 ogonowych. Na podstawie ich liczby można określić okres rozwoju.

Tylna część płytki segmentalnej wydłuża się poprzez wbudowywane do niej, poprzez węzeł pierwotny, nowych komórek z epiblastu. Natomiast w przedniej części komórki przekształcają się w oddzielne pakiety – somitomery.

SLIDE

Te z kolei przechodzą w somity. Somit zostaje otoczony błoną podstawną a w jego środku zwanym jamą somitu lub somitocelem znajdują się luźno ułożone komórki mezenchymatyczne z licznymi wypustkami.

SLIDE

Somit możemy podzielić na części. Wyróżniamy część przednią (dogłowową) i tylną (doogonową), grzbietową zwróconą do ektodermy i przeciwległą jej – brzuszną oraz przyśrodkową skierowaną do cewy nerwowej i boczną przylegającą do mezodermy pośredniej.

SLIDE

W końcu czwartego tygodnia każdy somit różnicuje się początkowo na dwie części: sklerotom i dematomiorom, następnie dermatomiotom daje początek miotomowi i dermatomowi. Ze sklerotomu powstają elementy kostne, chrzęstne i włókniste kręgosłupa, z miotomu mięśnie poprzecznie prążkowane kończyn i tułowia, a z dermatomu skóra właściwa oraz tkanka podskórna. Ja postaram się skupić oczywiście na sklerotomie i różnicowaniu dermatomiotomu w miotom.

SLIDE

Somit ma kompetencje do odpowiedzi na sygnały stymulujące bądź hamujące ukierunkowanie, determinowanie i różnicowanie komórek. Przyśrodkowa część somitu otrzymuje instrukcje ze struny grzbietowej i cewy nerwowej, grzbietowa z ektodermy naskórkowej, a boczna część z bocznej płytki mezodermalnej. Pod ich wpływem w somicie wyodrębnia się sklerotom po stronie przyśrodkowo-brzusznej i dematomiotom po stronie grzbieto-bocznej.

SHH powoduje rozwój sklerotomu. Pojawia się ekspresja genu pax-3. Zanika ona następnie w brzusznej połowie somitu przeznaczonej na sklerotom, a w jej miejsce pojawia się ekspresja pax-1. Natomiast BMP-4, BMP-7 oraz WNT-3, WNT-6, WNT-7b powodują dorsalizacje somitu i uformowanie dematomiotomu. SLIDE

Przechodząc do części właściwej mojej prezentacji omówię rozwój sklerotomu. Sklerotom tworzy się przez rozluźnienie przyśrodkowo-brzusznej części somitu. Komórki z nabłonkowych zmieniają się w mezenchymatyczne wielokształtne, opatrzone wypustkami i przesuwają się w kierunku przyśrodkowo-brzusznym ku strunie grzbietowej i cewie nerwowej. Jest to możliwe dzięki zmianom w ich przyleganiu – zanika kadheryna N – jednak komórki sklerotomu są złączone połączeniami szczelinowymi typu nexus. Pomiędzy komórkami pojawia się substancja międzykomórkowa.

SLIDE

W każdym sklerotomie wyodrębniają się dwie części o różnym ułożeniu komórek: luźna część przednia i gęstsza część tylna. Pomiedzy nimi tworzy się szczelina śródsegmentalna. Sklerotomy sąsiednich kolejnych somitów zlewają się razem, przez co powstaje ciągle pasmo komórek, biegnące wzdłuż osi A-P – pochewka struny grzbietowej. Pochewka taka składa się z kolejno ułożonych pasków gęstych, pasków luźnych i pasków między segmentalnych.

W obrębie pochewki struny grzbietowej zanikają paski międzysegmentalne i część przednia sklerotomu zrasta się z częścią tylną. W ten sposób tworzą się sklerotomy wtórne. Część luźna wytwarza kręg, a część gęstsza krążek między kręgowy.

SLIDE

Część luźna silnie się rozrasta na skutek intensywnych podziałów komórek i coraz gęstszym pierścieniem otacza strunę grzbietową. Ta, na skutek ucisku otaczających komórek stopniowo degeneruje.

Tworzy się zawiązek tronu kręgu. Na obwodzie zagęszczonego pasa o luźniej ułożonych komórkach wytwarzają się następnie wyrostki i łuki kręgu. Pasma łuków kręgowych zostają połączone ze sobą błoną łączącą.

W kolejnym etapie zawiązek kręgu ulega chrzęstenieniu. Początkowo w trzonie tworzą się dwa ogniska chrzęstne. Do zróżnicowania się chrząstki konieczne jest przedłużone działanie SHH oraz obecność białka Pax-1. Wskazówką rozpoczęścia chondrogenezy jest pojawienie się w sklerotomie kolegenu II.

Następnie wyróżniamy kostnienie śródchręstne. Pierwsze ognisko tworzy się w trzonie kręgu, a następnie u nasady wyrostków łuków kręgowych. Po nim występuje kostnienie podochręstnowe – wtórne ogniska kostnienia pojawiają się przy przedniej i tylnej powierzchni trzonu kręgu. Dla prawidłowego kostnienia i tworzenia stawów wymagane jest białko Noggin. W ogniskach kostnienia

SLIDE

Dwa odrębne mechanizmy działają w czasie formowania się kręgu. Jeden kontroluje rozwój trzonu i krążków międzykręgowych (rozwój boczno-brzusznej części), w tym różnicowanie się chrząstki z brzusznej części somitu wykazującej ekspresję genu pax-1. Drugi mechanizm kontroluje rozwój wyrostków ościstych. Wpływa na nie białko SHH, które utrzymuje ich żywotność. Powstawanie wyrostków ościstych jest indukowane przez BMP-4, które w warunkach eksperymentalnych może być zastąpione przez BMP-2.

SLIDE

Mięśnie poprzecznie prążkowane powstają z dermatomiotomu. Najpierw dermatomiotom przechodzi w komórki nazywane prekursorami mioblastów, czyli prekursory komórek macierzystych dla komórek i włókien mięśniowych.

SLIDE

Do wyodrębnienia się prekursorów mioblastów i zróżnicowania we włókna mięśniowe konieczna jest aktywność genów zwanych genami miogenicznymi. Obecnie znamy 4 takie geny: myoD, myf-5, miogeninę, mrf-4 (zwane także myf-6, herulina). Kodują one białka należące do jednej rodziny czynników transkrypcyjnych, zwanych MRF (myogenic regulatory factors) o domenie bHLH (basic helix-loop-helix-Ebox). Białka te tworzą heterodimery, które łączą się ze wzmaczniaczem promotora i aktywuje geny kodujące białka mięśniowe.

SLIDE

Dermatomiotom, po oddzieleniu się z somitu komórek sklerotomu, ma postać płytki z zaokrąglonymi krawędziami podwiniętymi pod spód, czyli wargami. Prekursory mioblastów lokują się w wardze grzbietowo-przyśrodkowej. Wpuklają się one pod dermatomiotom komórki, przekształcając się tym samym w mioblasty, te wydłużają się tworząc włókna pionierske. Struktura taka nazywana jest miotomem pierwotnym. Dodawanie komórek z obu warg dermatomiotomu – przyśrodkowej i bocznej, które wsuwają się pomiędzy włókna pionierskie – interkalacja - buduje miotom ostateczny (definitywny). Wykazano, że do wytworzenia się miotomu niezbędne jest SHH.

SLIDE

Miotom dzieli się na mniejszą część nadosiową – epimer oraz na większą część podosiową – hipomer. Z nich wykształcają się odpowiednio mięśnie nad i pod osiowe.

SLIDE

Mięśnie nadosiowe tworzą się jednakowo we wszystkich somitach z miotomów pierwotnych. Ich komórki prekursorowe mioblastów pochodzą z grzbietowo-przyśrodkowej wargi dematomiotomu. BMP-4 i BMP-7 hamują ukierunkowanie komórek mezodermalnych w linie miogeniczną, jednak komórki wargi grzbietowo-przyśrodkowej dermatomiotomu wydzielają białko Noggin, które ‘broni’ ich przed działaniem BMP-4. Ekspresja genu Noggin jest stymulowana przez białka WNT-1 i WNT-3a. Białka te aktywują gen wnt-11, którego białko jest konieczne do oddzielenia prekursorów mioblastów od wargi i przesuwania się pod dermatomiotom.

SLIDE

Sposób różnicowania się mięśni podosiowych jest zależny od okolicy ciała. Mięśnie kończyn powstają z dermatomiotomów położonych na wysokości pączków kończyn.

SLIDE

Biorą one początek z bocznej wargi dermatomiotomu nie podwiniętej pod spód tj. z bocznej części dermatomiotomu, do której nie sięga miotom. Te przesuwają się aktywnie i wnikają pomiędzy mezodermę pośrednią a ektodermę do mezodermy bocznej. W migrujących prekursorach mioblastów występuje ekspresja genów pax-3, pax-7, lbx-1, msx-1 (hox-7II), a na ich powierzchni pojawia się c-met, receptor SF/HGF oraz receptor EphA-4. Do ich receptorów przyjączają się efryna A5 i HGF/SF. Ekspresja tych genów i rola białek wiąże się z procesami, jakie zachodzą w brzusznej części dermatomiotomu – odpowiadają za zdolność migracji i równoczesne dzielenie się komórek.

SLIDE

Tak jak mówiłem, inaczej różnicują się mięśnie przeznaczone na mięśnie języka i przepony. Początkowo prekursory te migrują pod ektodermą po obu bokach zarodka, następnie kierują się ku przodowi i ku środkowi i gromadzą się w jedno skupisko w środku „podłogi” pierwszego łuku skrzelowego. Migrujące komórki charakteryzują się obecnością receptora c-met i aktywnością genu lbx-1, tak jak prekursory mięśni kończyn.

SLIDE

Tworzenie się mięśni podosiowych z rejonu somitów zawartych pomiędzy zawiązkami kończyn przebiega inaczej niż mięśni kończyn.

SLIDE

Brzuszno-boczny koniec dermatomiotomu poprzez wsuwanie do somatopleury tworzy prekursory mioblastów podosiowych. Te, pod wpływem lokalnych sygnałów różnicują się w mioblasty, a następnie w mięśnie.

Należy podkreślić, że na wszystkich trasach przemieszczania się prekursorów mioblastów podosiowych występuje HGF/SF i obecność tego czynnika jest niezbędna do dalekiej ich migracji. Jednocześnie zdolność migracji mają tylko te prekursory mioblastów, które charakteryzują się ekspresją lbx-1 i równocześnie mają receptor c-met, pozwalający na odebranie sygnału HGF/SF.

SLIDE

Podsumowując można sugerować pewną kolejność zdarzeń konieczną do tworzenia się migrujących prekursorów mięśni. Prekursory mięśni są indukowane przez serię sygnałów, które powodują wzmożoną ekspresję pax-3 w bocznej wardze dermatomiotomu. Obecność białka Pax-3 jest niezbędna do aktywacji lbx-1 i umożliwienia migracji.